摘要：金属半导体异质混合结构是一种特殊的压阻结构,其具有高于传统MEMS压阻式压力传感器的压阻性能。鉴于此,设计和研究了一种由掺杂单晶硅和金属铝混合形成的MEMS异质结构压力传感器。首先结合理论模型和ANSYS有限元模拟仿真分析了硅铝异质结构传感器的灵敏度特性,然后通过MEMS工艺制作了硅铝异质结构压力传感器芯片,并对其进行了封装与测试。实验结果表明,硅铝异质结构压力传感器的灵敏度可达到0.116 8 m V/(V·k Pa),而利用参考结构能够明显减小环境温度对其性能的影响。在此基础之上,本文采用基于遗传算法改进的小波神经网络对传感器的温度漂移和非线性误差进行了补偿,补偿后硅铝异质结构压力传感器的测量误差小于±1.5%FS。

摘要：传统硅基压力传感器普遍具有灵敏度低、温漂和时漂明显等半导体器件固有属性.本文提出的硅铝异质结构MEMS压力传感器及其恒温控制和自校正方法可一定程度上解决该问题.采用SOI硅片制造了具有压阻放大效应的新型硅铝异质结构压力传感器芯片,利用有限元仿真验证了其有效性.随后为其设计了恒温控制封装结构和自适应优化目标值PID加热控制策略,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性.传感器采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性,完成自校正操作.实验表明单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下达到0.283 mV/V/kPa的灵敏度,结合温度参考结构的差分输出,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1%FS/℃减小至-1.51×10^(-3)%FS/℃,且可达到±5.5 kPa的预测误差,同时自校正操作将传感器最大预测误差从-6.1 kPa减小至5.0 kPa.本文提出的硅铝异质结构压力传感器的温度补偿与时漂补偿方案对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义.